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KR102263766B1 - Analog digital converting device for converting image signal - Google Patents

Analog digital converting device for converting image signal Download PDF

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KR102263766B1
KR102263766B1 KR1020150122357A KR20150122357A KR102263766B1 KR 102263766 B1 KR102263766 B1 KR 102263766B1 KR 1020150122357 A KR1020150122357 A KR 1020150122357A KR 20150122357 A KR20150122357 A KR 20150122357A KR 102263766 B1 KR102263766 B1 KR 102263766B1
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KR
South Korea
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digital
voltage
analog
comparator
reference voltage
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KR1020150122357A
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구자승
권오경
김민규
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에스케이하이닉스 주식회사
한양대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 아날로그 디지털 변환부와 디지털 연산부를 구비하는 아날로그 디지털 변환 장치를 제공한다. 아날로그 디지털 연산부는 외부로부터 입력되는 영상 신호를 직류 전압으로 구성된 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 디지털 연산부는 상기 아날로그 디지털 변환부에 연결되며, 상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 복수개의 전압들 중 인접하는 전압들의 차를 연산하여 출력한다.The present invention provides an analog-to-digital converter having an analog-to-digital converter and a digital arithmetic unit. The analog-to-digital calculator converts an image signal input from the outside into a digital signal composed of a DC voltage and outputs it. The digital calculator is connected to the analog-to-digital converter, and calculates and outputs a difference between adjacent voltages among a plurality of voltages output from the analog-to-digital converter.

Description

영상 신호를 변환하는 아날로그 디지털 변환 장치 {Analog digital converting device for converting image signal}Analog digital converting device for converting image signal}

본 발명은 아날로그 디지털 변환 장치에 관한 것으로서, 특히 영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an analog-to-digital conversion apparatus, and more particularly, to an analog-to-digital conversion apparatus for converting an image signal into a digital signal.

아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 아날로그 디지털 컨버터는 디지털 신호를 처리하는 장치, 예컨대, 이미지 센서와 같이, 외부로부터 광 신호를 수신하고, 이를 내부에서 디지털 신호로 변환하여 처리하는 장치에 필수적으로 사용된다. 즉, 이미지 센서는 광 신호를 수신하기 위한 화소 어레이를 구비하고, 고속으로 많은 양의 데이터를 읽어들이기 위하여 화소 어레이의 각 열마다 아날로그 디지털 컨버터를 구비한다.An analog digital converter converts an analog signal into a digital signal. The analog-to-digital converter is essentially used in an apparatus for processing a digital signal, for example, an apparatus that receives an optical signal from the outside, such as an image sensor, converts it into a digital signal and processes it inside. That is, the image sensor includes a pixel array for receiving an optical signal, and an analog-to-digital converter for each column of the pixel array to read a large amount of data at high speed.

이미지 센서는 화소 출력의 초기 전압이 가지는 잡음, 플리커 잡음, 및 아날로그 디지털 오프셋 전압을 제거하기 위하여 캐패시터를 추가하고, 상기 추가된 캐패시터에 화소 출력의 초기 전압과 비교기의 오프셋 전압을 저장한다.The image sensor adds a capacitor to remove noise, flicker noise, and analog digital offset voltage of the initial voltage of the pixel output, and stores the initial voltage of the pixel output and the offset voltage of the comparator in the added capacitor.

참증 문서(한국공개특허 2011-0104178)는 캐패시터 어레이를 구비하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환기를 개시한다.Reference document (Korean Patent Application Laid-Open No. 2011-0104178) discloses a converter for converting an analog signal into a digital signal by having a capacitor array.

본 발명은 화소의 출력 전압 및 비교기의 오프셋 전압을 저장하기 위하여 별도의 캐패시터를 구비하지 않는 아날로그 디지털 변환 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an analog-to-digital conversion device that does not include a separate capacitor to store an output voltage of a pixel and an offset voltage of a comparator.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention in order to solve the above problems,

외부로부터 입력되는 영상 신호를 직류 전압으로 구성된 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 아날로그 디지털 변환부에 연결되며, 상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 복수개의 전압들 중 인접하는 전압들의 차를 연산하여 출력하는 디지털 연산부를 구비한다.an analog-to-digital converter that converts an image signal input from the outside into a digital signal composed of a DC voltage and outputs the converted video signal; and a digital calculation unit connected to the analog-to-digital conversion unit to calculate and output a difference between adjacent voltages among a plurality of voltages output from the analog-to-digital conversion unit.

상기 아날로그 디지털 변환부는, 상기 영상 신호가 인가되는 제1 입력단, 및 제2 입력단을 가지며, 상기 영상 신호를 상기 제2 입력단으로 입력되는 전압과 비교하는 비교기; 상기 비교기의 출력단과 상기 제2 입력단 사이에 연결되며, 피드백 제어 신호에 따라 상기 비교기의 출력 전압을 상기 제2 입력단으로 피드백시키는 피드백부; 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 및 상기 제2 입력단에 연결되며, 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압을 선택적으로 상기 제2 입력단으로 출력하는 디지털 아날로그 변환부; 및 상기 비교기의 출력단과 상기 디지털 아날로그 변환부에 연결되며, 상기 비교기의 비교 결과에 따라 상기 디지털 아날로그 변환부로 하여금 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 하나를 선택하게 하는 로직부를 구비하는 것이 바람직하다.The analog-to-digital converter may include: a comparator having a first input terminal and a second input terminal to which the image signal is applied, and comparing the image signal with a voltage inputted to the second input terminal; a feedback unit connected between the output terminal of the comparator and the second input terminal and configured to feed back the output voltage of the comparator to the second input terminal according to a feedback control signal; a digital-to-analog converter connected to a first reference voltage, a second reference voltage, and the second input terminal, and selectively outputting the first reference voltage and the second reference voltage to the second input terminal; and a logic unit connected to the output terminal of the comparator and the digital-to-analog converter, and configured to cause the digital-to-analog converter to select one of the first reference voltage and the second reference voltage according to the comparison result of the comparator. desirable.

상기 디지털 아날로그 변환부는, 상기 제2 입력단에 일단들이 연결된 복수개의 캐패시터들; 및 상기 복수개의 캐패시터들의 타단들에 각각 연결되며, 상기 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압에 연결되고, 상기 로직부에 연결된 복수개의 스위칭 소자들을 구비하며, 상기 복수개의 스위칭 소자들은 상기 로직부에 의해 제어되어 상기 복수개의 캐패시터들을 상기 제1 기준 전압 또는 상기 제2 기준 전압에 연결하는 것이 바람직하다.The digital-to-analog converter may include: a plurality of capacitors whose ends are connected to the second input terminal; and a plurality of switching elements respectively connected to the other ends of the plurality of capacitors, connected to the first reference voltage and the second reference voltage, and connected to the logic unit, wherein the plurality of switching elements are connected to the logic unit. It is preferable to connect the plurality of capacitors to the first reference voltage or the second reference voltage.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 아날로그 디지털 변환 장치는 화소의 출력 전압 및 비교기의 오프셋 전압을 저장하기 위하여 별도의 캐패시터를 구비하지 않는다. 이에 따라 상기 별도의 캐패시터가 차지하는 면적 및 화소 출력 전압의 수렴 시간을 줄일 수 있다. 또한, 디지털 아날로그 변환부에 화소로부터 출력되는 영상 신호의 초기 전압 및 비교기의 오프셋 전압을 저장한다. 이로 인하여, 제1 기준 전압을 공급하는 버퍼가 갖는 구동 능력의 한계 및 제1 기준 전압을 전송하는 전송선의 저항으로 인해 주어진 시간 내에 디지털 아날로그 변환부의 출력 전압이 충분히 수렴되지 않아 발생하는 오차 전압이 로직부의 연산에 의해 제거되며, 그에 따라 디지털 아날로그 변환부가 화소로부터 출력되는 영상 신호의 초기 전압 및 비교기의 오프셋 전압을 저장하는데 요구되는 시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치는 열 병렬(column parallel) SAR 아날로그 디지털 변환 장치를 내장하는 CIS용 소면적 고속 출력(readout) 회로 제작에 용이하다.As described above, according to the present invention, the analog-to-digital conversion device does not include a separate capacitor to store the output voltage of the pixel and the offset voltage of the comparator. Accordingly, the area occupied by the separate capacitor and the convergence time of the pixel output voltage may be reduced. In addition, the digital-to-analog converter stores the initial voltage of the image signal output from the pixel and the offset voltage of the comparator. Due to this, the error voltage generated because the output voltage of the digital-to-analog converter does not sufficiently converge within a given time due to the limitation of the driving capability of the buffer for supplying the first reference voltage and the resistance of the transmission line for transmitting the first reference voltage is the logic. This is removed by negative operation, and accordingly, the time required for the digital-to-analog converter to store the initial voltage of the image signal output from the pixel and the offset voltage of the comparator may be reduced. Therefore, the analog-to-digital converter according to the present invention is easy to manufacture a small-area high-speed readout circuit for CIS incorporating a column parallel SAR analog-to-digital converter.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환부의 회로도이다.
도 3은 열 병렬(column parallel) SAR 아날로그 디지털 변환 장치의 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환 장치에 영상 신호를 공급하는 화소의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 신호들의 파형도이다.
도 6 내지 도 9는 도 2에 도시된 아날로그 디지털 변환부가 행하는 아날로그 디지털 변환 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.
1 is a block diagram of an analog-to-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of the analog-to-digital converter shown in FIG. 1 .
3 is a block diagram of a column parallel SAR analog-to-digital converter.
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a pixel that supplies an image signal to the analog-to-digital converter shown in FIG. 1 .
FIG. 5 is a waveform diagram of the signals shown in FIG. 2 .
6 to 9 are circuit diagrams for explaining an analog-to-digital conversion operation performed by the analog-to-digital converter shown in FIG. 2 .

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The same reference numerals among the reference numerals shown in the respective drawings indicate the same members.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 아날로그 디지털 변환부(110)와 디지털 연산부(120)를 구비한다.1 is a block diagram of an analog-to-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , an analog-to-digital conversion apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an analog-to-digital conversion unit 110 and a digital operation unit 120 .

아날로그 디지털 변환부(110)는 외부로부터 입력되는 영상 신호(PIX_out), 예컨대, 이미지 센서의 화소(도 4의 400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)를 받아서 이를 디지털 신호(Dout)로 변환하여 출력한다. 상기 화소로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)는 외부로부터 입사되는 빛을 전기 신호로 변환함으로써 생성되는 아날로그 신호이다. 아날로그 디지털 변환부(110)는 SAR(Successive Approximation Register) 아날로그 디지털 컨버터를 구비한다. 상기 SAR 아날로그 디지털 컨버터는 한번의 클럭에 하나의 비트를 디지털로 변환하기 때문에 변환 속도가 빠르고 소비 전력이 작다는 장점을 갖는다.The analog-to-digital converter 110 receives the image signal PIX_out input from the outside, for example, the image signal PIX_out output from the pixel (400 of FIG. 4) of the image sensor, converts it into a digital signal Dout, and outputs it do. The image signal PIX_out output from the pixel is an analog signal generated by converting light incident from the outside into an electric signal. The analog-to-digital converter 110 includes a Successive Approximation Register (SAR) analog-to-digital converter. Since the SAR analog-to-digital converter converts one bit to digital at one time, the conversion speed is fast and power consumption is small.

디지털 연산부(120)는 아날로그 디지털 변환부(110)로부터 출력되는 디지털 신호들(Dout) 중 인접하는 2개의 디지털 신호들의 차를 연산한다. 즉, 디지털 연산부(120)는 아날로그 디지털 변환부(110)를 통해서 출력되는 영상 신호(PIX_out)에 포함되는 초기 전압과 신호 전압의 차를 연산한다. 디지털 연산부(120)는 상호 연관 이중 샘플링(correlated double sampling, 이하 CDS로 칭함)을 수행하는 디지털 CDS 로직으로 구성되는 것이 바람직하다. 아날로그 디지털 변환 장치(100)가 디지털 CDS 로직을 구비함으로써, 이미지 센서, 예컨대 CIS(CMOS Image Sensor)의 화소의 초기 전압이 가지는 잡음, 플리커 잡음, 오프셋(offset)을 제거할 수 있다.The digital calculator 120 calculates a difference between two adjacent digital signals among the digital signals Dout output from the analog-to-digital converter 110 . That is, the digital calculator 120 calculates the difference between the initial voltage and the signal voltage included in the image signal PIX_out output through the analog-to-digital converter 110 . The digital operation unit 120 is preferably composed of digital CDS logic that performs correlated double sampling (hereinafter, referred to as CDS). Since the analog-to-digital conversion apparatus 100 includes the digital CDS logic, noise, flicker noise, and offset of an initial voltage of a pixel of an image sensor, for example, a CMOS image sensor (CIS) may be removed.

도 2는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환부(110)의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 아날로그 디지털 변환부(110)는 비교기(111), 피드백부(112), 디지털 아날로그 변환부(113), 및 로직부(114)를 구비한다.FIG. 2 is a circuit diagram of the analog-to-digital converter 110 shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , the analog-to-digital converter 110 includes a comparator 111 , a feedback part 112 , a digital-to-analog converter 113 , and a logic part 114 .

비교기(111)는 화소(도 4의 400)와 디지털 연산부(120)에 연결된다. 구체적으로, 비교기(111)는 제1 입력단과 제2 입력단을 갖는다. 상기 제1 입력단은 화소(도 4의 400)에 연결되고, 상기 제2 입력단은 디지털 아날로그 변환부(113)에 연결되며, 비교기(111)의 출력단은 디지털 연산부(120)에 연결된다. 따라서, 비교기(111)는 화소(도 4의 400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)의 전압을 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압과 비교하고, 그 결과를 디지털 연산부(120)로 전송한다.The comparator 111 is connected to the pixel ( 400 in FIG. 4 ) and the digital operation unit 120 . Specifically, the comparator 111 has a first input terminal and a second input terminal. The first input terminal is connected to the pixel ( 400 in FIG. 4 ), the second input terminal is connected to the digital-to-analog converter 113 , and the output terminal of the comparator 111 is connected to the digital operation unit 120 . Accordingly, the comparator 111 compares the voltage of the image signal PIX_out output from the pixel ( 400 in FIG. 4 ) with the output voltage of the digital-to-analog converter 113 , and transmits the result to the digital operation unit 120 . .

아날로그 디지털 변환부(110)는 화소(도 4의 400)로부터 출력되는 화소(도 4의 400)의 초기 전압(VRST)과 신호 전압(VSIG)을 각각 디지털 신호로 변환한다.The analog-to-digital converter 110 converts the initial voltage VRST and the signal voltage VSIG of the pixel ( 400 of FIG. 4 ) output from the pixel ( 400 of FIG. 4 ) into digital signals, respectively.

피드백부(112)는 비교기(111)의 출력단과 상기 제2 입력단 사이에 연결된다. 피드백부(112)는 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)에 응답하여 활성화되거나 비활성화된다. 피드백부(112)가 활성화되면 비교기(111)의 제2 입력단은 출력단과 전기적으로 연결되고, 피드백부(112)가 비활성되면 비교기(111)의 제2 입력단은 디지털 아날로그 변환부(113)에 전기적으로 연결된다. 피드백부(112)는 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)에 응답하여 턴온되거나 턴오프되는 스위치를 구비한다. 예컨대, 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)가 논리 하이(logic high)이면 상기 스위치는 턴온되고, 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)가 논리 로우(logic low)이면 상기 스위치는 턴오프된다.The feedback unit 112 is connected between the output terminal of the comparator 111 and the second input terminal. The feedback unit 112 is activated or deactivated in response to the feedback control signal EN_DAC_RST. When the feedback unit 112 is activated, the second input terminal of the comparator 111 is electrically connected to the output terminal, and when the feedback unit 112 is deactivated, the second input terminal of the comparator 111 is electrically connected to the digital-to-analog converter 113 . is connected to The feedback unit 112 includes a switch that is turned on or off in response to the feedback control signal EN_DAC_RST. For example, when the feedback control signal EN_DAC_RST is logic high, the switch is turned on, and when the feedback control signal EN_DAC_RST is logic low, the switch is turned off.

디지털 아날로그 변환부(113)는 비교기(111)의 제2 입력단, 피드백부(112), 및 로직부(114)에 연결된다. 디지털 아날로그 변환부(113)는 베이스 캐패시터(base capacitor)(C0), 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C), 및 복수개의 스위칭 소자들(S~2N-1S)을 구비한다. 베이스 캐패시터(C0)의 일 단은 비교기(111)의 제2 입력단에 연결되고, 타단은 접지된다. 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)의 일단들은 비교기(111)의 제2 입력단에 연결되고, 그 타단들은 복수개의 스위칭 소자들(S~2N-1S)에 연결된다. 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)은 서로 병렬로 연결된다. 스위칭 소자들(S~2N-1S)의 일단들은 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)에 연결되고, 그 타단들은 제1 기준 전압(VREF)과 제2 기준 전압, 예컨대 접지 전압(GND)에 연결된다. 스위칭 소자들(S~2N-1S)은 로직부(114)의 제어를 받아서 대응되는 캐패시터를 제2 기준 전압(GND) 또는 제1 기준 전압(VREF)에 연결한다. 스위칭 소자들(S~2N-1S)은 하나 또는 둘 이상의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)들로 구성될 수 있으며, 로직부(114)의 제어를 받아서 턴온 또는 턴오프된다.The digital-to-analog converter 113 is connected to the second input terminal of the comparator 111 , the feedback unit 112 , and the logic unit 114 . The digital-to-analog converter 113 includes a base capacitor C0, a plurality of capacitors C-2 N-1 C, and a plurality of switching elements S-2 N-1 S. . One end of the base capacitor C0 is connected to the second input terminal of the comparator 111, and the other end is grounded. One ends of the plurality of capacitors C to 2 N-1 C are connected to the second input terminal of the comparator 111 , and the other ends thereof are connected to the plurality of switching elements S to 2 N-1 S. The plurality of capacitors C to 2 N-1 C are connected in parallel to each other. One ends of the switching elements S to 2 N-1 S are connected to the plurality of capacitors C to 2 N-1 C, and the other ends thereof are the first reference voltage VREF and the second reference voltage, for example, the ground. It is connected to the voltage (GND). The switching elements S to 2 N-1 S are controlled by the logic unit 114 to connect a corresponding capacitor to the second reference voltage GND or the first reference voltage VREF. The switching elements S to 2 N-1 S may include one or more MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), and are turned on or off under the control of the logic unit 114 .

복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)은 비교기(111)의 출력에 따라 제1 기준 전압(VREF) 또는 제2 기준 전압(GND)에 순차적으로 연결된다. 예컨대, 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C) 중 도 2의 최우측 캐패시터(2N-1C)부터 도 2의 최좌측 캐패시터(C)까지 순차적으로 제1 기준 전압(VREF)에 연결된다.The plurality of capacitors C to 2 N - 1 C are sequentially connected to the first reference voltage VREF or the second reference voltage GND according to the output of the comparator 111 . For example, among the plurality of capacitors (C~ 2N- 1C), from the rightmost capacitor ( 2N- 1C) of FIG. 2 to the leftmost capacitor (C) of FIG. 2 sequentially to the first reference voltage (VREF) Connected.

로직부(114)는 비교기(111)와 디지털 아날로그 변환부(113)에 연결된다. 로직부(114)는 비교기(111)의 출력에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)를 제어한다. 즉, 로직부(114)는 비교기(111)의 출력에 따라 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)을 제1 기준 전압(VREF)에 연결한다. 로직부(114)는 SAR(Successive Approximation Register) 로직으로 구성될 수 있다.The logic unit 114 is connected to the comparator 111 and the digital-to-analog converter 113 . The logic unit 114 controls the digital-to-analog conversion unit 113 according to the output of the comparator 111 . That is, the logic unit 114 connects the plurality of capacitors C to 2 N-1 C to the first reference voltage VREF according to the output of the comparator 111 . The logic unit 114 may be configured with Successive Approximation Register (SAR) logic.

상술한 바와 같이, 화소(도 4의 400)로부터 출력되는 화소(도 4의 400)의 초기 전압(VRST)과 신호 전압(VSIG)이 비교기(111)로 입력되며, 디지털 아날로그 변환부(113)는 피드백부(112)를 통해 형성되는 비교기(111)의 피드백 루프를 통해 화소(도 4의 400)의 초기 전압(VRST)과 비교기(111)의 오프셋 전압(VOFF)을 저장한다.As described above, the initial voltage VRST and the signal voltage VSIG of the pixel (400 in FIG. 4 ) output from the pixel ( 400 in FIG. 4 ) are input to the comparator 111 , and the digital-to-analog converter 113 . stores the initial voltage VRST of the pixel ( 400 in FIG. 4 ) and the offset voltage VOFF of the comparator 111 through the feedback loop of the comparator 111 formed through the feedback unit 112 .

이와 같이, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 화소(도 4의 400)의 초기 전압(VRST)과 비교기(111)의 오프셋 전압(VOFF)을 저장하기 위한 별도의 캐패시터를 구비하지 않는다.As described above, the analog-to-digital conversion apparatus 100 according to the present invention does not include a separate capacitor for storing the initial voltage VRST of the pixel (400 in FIG. 4 ) and the offset voltage VOFF of the comparator 111 . .

따라서, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 상기 별도의 캐패시터가 차지하는 면적만큼 그 크기가 감소되고, 화소(도 4의 400)의 출력 전압의 수렴 시간을 줄일 수 있다. 또한, 상기 별도의 캐패시터가 화소(도 4의 400)의 초기 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하기 위해 요구되는 시간을 줄일 수 있다.Accordingly, the size of the analog-to-digital conversion apparatus 100 according to the present invention is reduced by the area occupied by the separate capacitor, and the convergence time of the output voltage of the pixel (400 in FIG. 4 ) can be reduced. In addition, the time required for the separate capacitor to store the initial voltage of the pixel ( 400 in FIG. 4 ) and the offset voltage of the comparator 111 can be reduced.

또한, 디지털 아날로그 변환부(113)에 화소(도 4의 400)의 초기 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하는데 있어서, 제1 기준 전압을 공급하는 버퍼(도시 안됨)가 가지는 구동 능력의 한계 및 제1 기준 전압을 전송하는 전송선의 저항으로 인해 주어진 시간 내에 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압이 충분히 수렴되지 않아 발생하는 오차 전압이 디지털 연산부(120)의 연산에 의해 제거되며, 그에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)가 화소(도 4의 400)의 초기 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하는 데 요구되는 시간을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치는 열 병렬(column parallel) SAR ADC를 내장한 CIS용 소면적 고속 출력(readout) 회로 제작에 용이하다.In addition, in storing the initial voltage of the pixel (400 in FIG. 4 ) and the offset voltage of the comparator 111 in the digital-to-analog converter 113 , the driving capability of the buffer (not shown) supplying the first reference voltage is The error voltage generated because the output voltage of the digital-to-analog converter 113 does not sufficiently converge within a given time due to the limit and the resistance of the transmission line transmitting the first reference voltage is removed by the operation of the digital operation unit 120, Accordingly, the time required for the digital-to-analog converter 113 to store the initial voltage of the pixel ( 400 in FIG. 4 ) and the offset voltage of the comparator 111 may be reduced. Therefore, the analog-to-digital converter according to the present invention is easy to manufacture a small area, high-speed readout circuit for CIS in which a column parallel SAR ADC is embedded.

도 3은 열 병렬(column parallel) SAR 아날로그 디지털 변환 장치(300)의 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열 병렬 SAR 아날로그 디지털 변환 장치(300)는 복수개의 SAR 아날로그 디지털 변환 장치들(300a~300n)을 구비한다. 복수개의 SAR 아날로그 디지털 변환 장치들(300a~300n)은 각각 아날로그 디지털 변환부(도 1 및 도 2의 110)에 대응된다.3 is a block diagram of a column parallel SAR analog-to-digital converter 300 . As shown in FIG. 3 , the column parallel SAR analog-to-digital converter 300 includes a plurality of SAR analog-to-digital converters 300a to 300n. The plurality of SAR analog-to-digital converters 300a to 300n correspond to the analog-to-digital converter (110 in FIGS. 1 and 2), respectively.

이와 같이 복수개의 SAR 아날로그 디지털 변환 장치들(300a~300n)에 제1`기준 전압(VREF)을 공급하기 위하여 버퍼(도시 안됨)가 사용된다. 이 때, 상기 버퍼는 제1 기준 전압(VREF)을 복수개의 SAR 아날로그 디지털 변환 장치들(300a~300n)에게 동시에 공급할 수 있어야 한다. 그러나, 상기 버퍼가 가지는 구동 능력의 한계 및 제1 기준 전압(VREF)을 전송하는 전송선의 저항으로 인해 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력을 제1 기준 전압(VREF)으로 초기화하는데 긴 시간이 걸릴 수 있다.In this way, a buffer (not shown) is used to supply the first reference voltage VREF to the plurality of SAR analog-to-digital converters 300a to 300n. In this case, the buffer should be able to simultaneously supply the first reference voltage VREF to the plurality of SAR analog-to-digital converters 300a to 300n. However, it may take a long time to initialize the output of the digital-to-analog converter 113 to the first reference voltage VREF due to the limitation of the driving capability of the buffer and the resistance of the transmission line for transmitting the first reference voltage VREF. can

본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 화소(도 4의 400)의 초기 전압과 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하기 위한 별도의 캐패시터를 구비하지 않기 때문에, 열 병렬 SAR 아날로그 디지털 변환 장치(300)의 복수개의 아날로그 디지털 변환 장치들(300a~300n)에 각각 구비되는 아날로그 디지털 변환부(110)의 출력을 제1 기준 전압(VREF)으로 초기화하는데 걸리는 시간이 단축된다. Since the analog-to-digital conversion apparatus 100 according to the present invention does not include a separate capacitor for storing the initial voltage of the pixel (400 in FIG. 4 ) and the offset voltage of the comparator 111 , the column-parallel SAR analog-to-digital conversion apparatus The time taken to initialize the output of the analog-to-digital converter 110 provided in each of the plurality of analog-to-digital converters 300a to 300n of 300 to the first reference voltage VREF is reduced.

도 4는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환 장치에 영상 신호(PIX_out)를 공급하는 화소(400)의 일 예를 보여주는 회로도이다. 도 4를 참조하면, 화소(400)는 수광 다이오드(416), 4개의 모스 트랜지스터(MOS transistor)들(411~414), 및 전류원(415)을 구비한다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a pixel 400 that supplies an image signal PIX_out to the analog-to-digital converter shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 4 , the pixel 400 includes a light receiving diode 416 , four MOS transistors 411 to 414 , and a current source 415 .

수광 다이오드(416)는 외부로부터 입사되는 빛을 받아서, 이를 전기 신호로 변환하여 출력한다.The light-receiving diode 416 receives light incident from the outside, converts it into an electric signal, and outputs it.

4개의 모스 트랜지스터들(411~414)은 제어 신호(PXi)가 활성화될 때 턴온되는 모스 트랜지스터(411), 제어 신호(SXi)가 활성화될 때 턴온되는 모스 트랜지스터(413), 제어 신호(TXi)가 활성화될 때 턴온되는 모스 트랜지스터(414), 및 모스 트랜지스터(411)의 출력 신호가 활성화될 때 턴온되는 모스 트랜지스터(412)를 포함한다. 모스 트랜지스터들(411, 412)은 전원 전압(VDDP)을 입력하고, 턴온될 때 전원 전압(VDDP)을 출력한다.The four MOS transistors 411 to 414 include a MOS transistor 411 turned on when the control signal PXi is activated, a MOS transistor 413 turned on when the control signal SXi is activated, and a control signal TXi. and a MOS transistor 414 that is turned on when is activated, and a MOS transistor 412 that is turned on when an output signal of the MOS transistor 411 is activated. The MOS transistors 411 and 412 input the power supply voltage VDDP and output the power supply voltage VDDP when turned on.

모스 트랜지스터(412)의 에미터로부터 화소(400)의 출력 신호인 영상 신호(PIX_out)가 출력된다.An image signal PIX_out that is an output signal of the pixel 400 is output from the emitter of the MOS transistor 412 .

전류원(415)은 모스 트랜지스터(412)의 출력 전류를 일정하게 유지한다.The current source 415 keeps the output current of the MOS transistor 412 constant.

도 5는 도 2에 도시된 신호들의 파형도이다. 도 2 및 도 4를 참조하여 도 5에 도시된 신호들의 동작을 설명하기로 한다.FIG. 5 is a waveform diagram of the signals shown in FIG. 2 . An operation of the signals shown in FIG. 5 will be described with reference to FIGS. 2 and 4 .

제어 신호(Sxi)가 논리 하이(logic high)로 활성화된 상태에서, 제어 신호(RXi)가 논리 하이로 활성화되면 화소(400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)는 화소(400)의 초기 전압(VRST)으로써 출력되고, 제어 신호(TXi)가 논리 하이로 활성화되면 영상 신호(PIX_out)는 빛에 의해 생성되는 신호 전압(VSIG)으로써 출력된다. 초기 전압(VRST)과 신호 전압(SIG)은 화소(400)로부터 순차적으로 출력되어 비교기(111)로 입력된다. 화소(400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)는 비교기(111)의 입력 전압(VC_IN)으로써 입력된다.When the control signal Sxi is activated to a logic high level and the control signal RXi is activated to a logic high level, the image signal PIX_out output from the pixel 400 is the initial voltage ( VRST), and when the control signal TXi is activated to a logic high level, the image signal PIX_out is output as a signal voltage VSIG generated by light. The initial voltage VRST and the signal voltage SIG are sequentially output from the pixel 400 and input to the comparator 111 . The image signal PIX_out output from the pixel 400 is input as the input voltage VC_IN of the comparator 111 .

영상 신호(PIX_out)가 비교기(111)의 제1 입력단으로 입력됨에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압 즉, 비교기(111)의 제2 입력단으로 입력되는 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 파형을 갖는다. As the image signal PIX_out is input to the first input terminal of the comparator 111 , the output voltage of the digital-to-analog converter 113 , that is, the voltage input to the second input terminal of the comparator 111 , is as shown in FIG. 5 . It has various types of waveforms.

도 6 내지 도 9는 도 2에 도시된 아날로그 디지털 변환부(110)가 행하는 아날로그 디지털 변환 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.6 to 9 are circuit diagrams for explaining an analog-to-digital conversion operation performed by the analog-to-digital converter 110 shown in FIG. 2 .

도 6은 첫 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부(113)의 초기화 시 아날로그 디지털 변환부(110)의 회로 구성을 보여준다. 첫 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부(113)의 초기화 시 비교기(111)의 제1 입력단에 인가되는 영상 신호(PIX_out)는 초기 전압(VRST)으로써 입력된다. 이 때, 디지털 아날로그 변환부(113)에 구비된 캐패시터들(C~2N-1C)의 타단들은 모두 제1 기준 전압(VREF)에 연결된다. 이 상태에서, 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)가 논리 하이로써 활성화되어 피드백부(112)도 활성화된다. 이에 따라 비교기(111)의 출력 신호가 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압과 함께 비교기(111)의 제2 입력단에 인가된다. 따라서, 비교기(111)의 제2 입력단에 인가되는 전압(VDAC)은 (VRST-VOFF+ΔV+VERR)으로 된다. 여기서, VOOF는 비교기(111)의 입력단의 오프셋 전압을 나타내고, ΔV는 각각 인위적으로 인가되는 특정 전압을 나타내며, VERR은 복수개의 캐패시터들(C~2N-1C)이 동시에 초기화되는 과정에서 제1 기준 전압(VREF)을 공급하는 버퍼(도시 안됨)가 가지는 구동 능력의 한계 및 제1 기준 전압(VREF)을 전송하는 전송선의 저항으로 인해 주어진 시간 내에 전압(VDAC)이 충분히 수렴되지 않아 발생하는 오차 전압을 나타낸다.6 shows the circuit configuration of the analog-to-digital converter 110 when the digital-to-analog converter 113 is initialized before the first analog-to-digital conversion. When the digital-to-analog converter 113 is initialized before the first analog-to-digital conversion, the image signal PIX_out applied to the first input terminal of the comparator 111 is input as the initial voltage VRST. At this time, the other terminals of the capacitors C to 2 N-1 C provided in the digital-to-analog converter 113 are all connected to the first reference voltage VREF. In this state, the feedback control signal EN_DAC_RST is activated as a logic high, and the feedback unit 112 is also activated. Accordingly, the output signal of the comparator 111 is applied to the second input terminal of the comparator 111 together with the output voltage of the digital-to-analog converter 113 . Accordingly, the voltage VDAC applied to the second input terminal of the comparator 111 becomes (VRST-VOFF+ΔV+VERR). Here, VOOF represents the offset voltage of the input terminal of the comparator 111, ΔV represents each artificially applied specific voltage, and VERR represents the first in the process of simultaneously initializing the plurality of capacitors (C~2N-1C). 1 The voltage VDAC does not sufficiently converge within a given time due to the limitation of the driving capability of the buffer (not shown) supplying the reference voltage VREF and the resistance of the transmission line transmitting the first reference voltage VREF. Indicates the error voltage.

도 7은 첫 번째 아날로그 디지털 변환 후의 아날로그 디지털 변환부(110)의 회로 구성을 보여준다. 디지털 아날로그 변환부(113)의 캐패시터들(C~2N-1C)은 비교기(111)의 비교 결과에 따라 제1 기준 전압(VREF) 혹은 제2 기준 전압(GND)에 순차적으로 연결된다. 이에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압(VDAC)은 (VRST-VOFF)에 수렴하며 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.7 shows the circuit configuration of the analog-to-digital conversion unit 110 after the first analog-to-digital conversion. The capacitors C to 2 N-1 C of the digital-to-analog converter 113 are sequentially connected to the first reference voltage VREF or the second reference voltage GND according to the comparison result of the comparator 111 . Accordingly, the output voltage VDAC of the digital-to-analog converter 113 converges to (VRST-VOFF) and can be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

VDAC=VRST-VOFF+ΔV+VERR-

Figure 112015084105941-pat00001
≒VRST-VOFFVDAC=VRST-VOFF+ΔV+VERR-
Figure 112015084105941-pat00001
≒VRST-VOFF

여기서, D1st는 첫 번째 아날로그 디지털 변환 시 비교기(111)의 i번째 출력을 나타낸다. Here, D 1st represents the i-th output of the comparator 111 during the first analog-to-digital conversion.

상기 수학식 1을 정리하면, 첫 번째 아날로그 디지털 변환 결과는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Summarizing Equation 1, the first analog-to-digital conversion result can be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112015084105941-pat00002
≒ΔV+VERR
Figure 112015084105941-pat00002
≒ΔV+VERR

도 8은 두 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부(113)의 초기화 시 아날로그 디지털 변환부(110)의 회로 구성을 보여준다. 두 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부(113)의 초기화 시 비교기(111)의 제1 입력단에 인가되는 영상 신호(PIX_out)는 신호 전압(VSIG)으로써 입력된다. 이 때, 디지털 아날로그 변환부(113)에 구비된 캐패시터들(C~2N-1C)의 타단들은 모두 제1 기준 전압(VREF)에 연결된다. 이 상태에서, 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)는 도 6에 도시된 피드백 제어 신호(EN_DAC_RST)와 달리 논리 로우로써 비활성화되어 피드백부(112)도 비활성화된다. 이에 따라 전하 재분배 현상에 의해, 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압(VDAC)은 도 6에 도시된 출력 전압과 동일한 전압(VRST-VOFF+ΔV+VERR)으로 된다.8 shows a circuit configuration of the analog-to-digital converter 110 when the digital-to-analog converter 113 is initialized before the second analog-to-digital conversion. When the digital-to-analog converter 113 is initialized before the second analog-to-digital conversion, the image signal PIX_out applied to the first input terminal of the comparator 111 is input as a signal voltage VSIG. At this time, the other terminals of the capacitors C to 2 N-1 C provided in the digital-to-analog converter 113 are all connected to the first reference voltage VREF. In this state, the feedback control signal EN_DAC_RST is deactivated as a logic low, unlike the feedback control signal EN_DAC_RST illustrated in FIG. 6 , and the feedback unit 112 is also deactivated. Accordingly, due to the charge redistribution phenomenon, the output voltage VDAC of the digital-to-analog converter 113 becomes the same voltage (VRST-VOFF+ΔV+VERR) as the output voltage shown in FIG. 6 .

도 9는 두 번째 아날로그 디지털 변환 후의 아날로그 디지털 변환부(110)의 회로 구성을 보여준다. 디지털 아날로그 변환부(113)의 캐패시터들(C~2N-1C)은 첫 번째 아날로그 디지털 변환 동작과 마찬가지로, 비교기(111)의 비교 결과에 따라 제1 기준 전압(VREF) 혹은 제2 기준 전압(GND)에 순차적으로 연결 된다. 이에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압(VDAC)은 (VSIG-VOFF)에 수렴하며 아래 수학식 3으로 표현될 수 있다.9 shows the circuit configuration of the analog-to-digital conversion unit 110 after the second analog-to-digital conversion. The capacitors C to 2 N-1 C of the digital-to-analog converter 113 may be connected to the first reference voltage VREF or the second reference voltage according to the comparison result of the comparator 111 as in the first analog-to-digital conversion operation. (GND) is connected sequentially. Accordingly, the output voltage VDAC of the digital-to-analog converter 113 converges to (VSIG-VOFF) and can be expressed by Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

VDAC=VRST-VOFF+ΔV+VERR-

Figure 112015084105941-pat00003
≒VSIG-VOFFVDAC=VRST-VOFF+ΔV+VERR-
Figure 112015084105941-pat00003
≒VSIG-VOFF

여기서, D2nd는 두 번째 아날로그 디지털 변환 시 비교기(111)의 i번째 출력을 나타낸다.Here, D 2nd represents the i-th output of the comparator 111 during the second analog-to-digital conversion.

상기 수학식 3을 정리하면, 두 번째 아날로그 디지털 변환 결과는 아래 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.Summarizing Equation 3, the second analog-to-digital conversion result can be expressed as Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112015084105941-pat00004
≒VRST-VSIG+ΔV+VERR
Figure 112015084105941-pat00004
≒VRST-VSIG+ΔV+VERR

로직부(114)는 비교기(111)의 출력을 받아 두 번째 아날로그 디지털 변환 결과로써 생성된 비교기(111)의 출력(D2nd)으로부터 첫 번째 아날로그 디지털 변환 결과로써 생성된 비교기(111)의 출력(D1st)를 뺀 값을 연산한다. 그 결과, 로직부(114)의 출력 신호(DCDS)는 수학식 2와 수학식 4를 이용하여 아래 수학식 5와 같이 같이 표현될 수 있다.The logic unit 114 receives the output of the comparator 111 from the output (D 2nd ) of the comparator 111 generated as the second analog-to-digital conversion result to the output of the comparator 111 generated as the first analog-to-digital conversion result ( D 1st ) is subtracted. As a result, the output signal DCDS of the logic unit 114 may be expressed as in Equation 5 below using Equations 2 and 4.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112015084105941-pat00005
=
Figure 112015084105941-pat00006
-
Figure 112015084105941-pat00007
≒VRST-VSIG
Figure 112015084105941-pat00005
=
Figure 112015084105941-pat00006
-
Figure 112015084105941-pat00007
≒VRST-VSIG

여기서, DCDS[i]는 로직부(114)의 i번째 출력 신호를 나타낸다. 따라서 로직부(114)의 최종 출력 신호(DCDS)는 화소(400) 출력의 초기 전압(VRST)과 신호 전압(VSIG)의 차를 나타낸다. Here, DCDS[i] represents the i-th output signal of the logic unit 114 . Accordingly, the final output signal DCDS of the logic unit 114 represents the difference between the initial voltage VRST of the output of the pixel 400 and the signal voltage VSIG.

이와 같이, 아날로그 디지털 변환 장치에서 출력되는 신호는 로직부(114)의 디지털 연산 과정에서 인위적으로 인가되는 전압(??V), 비교기(111)의 오프셋 전압(VOFF), 및 디지털 아날로그 변환부(113)의 초기화 과정에서 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압이 충분히 수렴되지 않아 발생하는 오차 전압(VERR)이 제거된 값을 갖는다.In this way, the signal output from the analog-to-digital converter is a voltage artificially applied in the digital operation process of the logic unit 114 (??V), an offset voltage (VOFF) of the comparator 111, and a digital-to-analog converter ( In the initialization process of 113), the error voltage VERR generated because the output voltage of the digital-to-analog converter 113 is not sufficiently converged has a value from which it has been removed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 화소(400)의 출력 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하기 위하여 별도의 캐패시터를 구비하지 않는다. 이에 따라 상기 별도의 캐패시터가 차지하는 면적 및 화소(400)의 출력 전압의 수렴 시간을 줄일 수 있다. 또한, 디지털 아날로그 변환부(113)에 화소(400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)의 초기 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장한다. 이로 인하여, 제1 기준 전압(VREF)을 공급하는 버퍼(도시 안됨)가 갖는 구동 능력의 한계 및 제1 기준 전압(VREF)을 전송하는 전송선의 저항으로 인해 주어진 시간 내에 디지털 아날로그 변환부(113)의 출력 전압이 충분히 수렴되지 않아 발생하는 오차 전압이 로직부(114)의 연산에 의해 제거되며, 그에 따라 디지털 아날로그 변환부(113)가 화소(400)로부터 출력되는 영상 신호(PIX_out)의 초기 전압 및 비교기(111)의 오프셋 전압을 저장하는데 요구되는 시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환 장치(100)는 열 병렬(column parallel) SAR 아날로그 디지털 변환 장치를 내장하는 CIS용 소면적 고속 출력(readout) 회로 제작에 용이하다.As described above, the analog-to-digital conversion apparatus 100 according to the present invention does not include a separate capacitor to store the output voltage of the pixel 400 and the offset voltage of the comparator 111 . Accordingly, the area occupied by the separate capacitor and the convergence time of the output voltage of the pixel 400 may be reduced. Also, the initial voltage of the image signal PIX_out output from the pixel 400 and the offset voltage of the comparator 111 are stored in the digital-to-analog converter 113 . Due to this, the digital-to-analog converter 113 within a given time due to the limitation of the driving capability of the buffer (not shown) for supplying the first reference voltage VREF and the resistance of the transmission line for transmitting the first reference voltage VREF. An error voltage generated because the output voltages of 'D' are not sufficiently converged is removed by the operation of the logic unit 114 , and accordingly, the digital-to-analog converter 113 is the initial voltage of the image signal PIX_out output from the pixel 400 . and the time required to store the offset voltage of the comparator 111 may be reduced. Therefore, the analog-to-digital converter 100 according to the present invention is easy to manufacture a small area high-speed readout circuit for CIS in which a column parallel SAR analog-to-digital converter is embedded.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 및
상기 디지털 신호에 대응하는, 초기 전압과 신호 전압의 차이를 연산하는 디지털 연산부를 구비하고,
상기 아날로그 디지털 변환부는,
제1 기준 전압과 제2 기준 전압에 선택적으로 연결되어 출력 전압을 출력하는 복수개의 캐패시터들을 포함하는 디지털 아날로그 변환부;
상기 영상 신호와 상기 출력 전압을 비교하는 비교기; 및
상기 초기 전압이 상기 영상 신호로서 인가될 때 활성화되고, 상기 초기 전압에서 상기 비교기의 오프셋 전압을 감산함으로써 획득된 전압을 상기 디지털 아날로그 변환부의 상기 복수개의 캐패시터들에 전송하는 피드백부;를 포함하고,
상기 디지털 아날로그 변환부의 상기 복수개의 캐패시터들은 상기 비교기의 비교 결과에 따라 상기 제1 기준 전압 혹은 제2 기준 전압에 순차적으로 연결되며,상기 초기 전압이 상기 영상 신호로서 인가될 때 상기 피드백부를 통해서 전송된 상기 초기 전압과 상기 오프셋 전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
an analog-to-digital converter for converting an image signal into a digital signal; and
A digital operation unit for calculating a difference between an initial voltage and a signal voltage corresponding to the digital signal;
The analog-to-digital conversion unit,
a digital-to-analog converter including a plurality of capacitors selectively connected to the first reference voltage and the second reference voltage to output an output voltage;
a comparator for comparing the image signal and the output voltage; and
A feedback unit that is activated when the initial voltage is applied as the image signal, and transmits a voltage obtained by subtracting the offset voltage of the comparator from the initial voltage to the plurality of capacitors of the digital-to-analog converter; and
The plurality of capacitors of the digital-to-analog converter are sequentially connected to the first reference voltage or the second reference voltage according to the comparison result of the comparator, and when the initial voltage is applied as the image signal, it is transmitted through the feedback unit. An analog-to-digital converter for storing the initial voltage and the offset voltage.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 디지털 변환부는,
상기 비교기의 출력단과 상기 디지털 아날로그 변환부에 연결되며, 상기 비교기의 비교 결과에 따라 상기 디지털 아날로그 변환부로 하여금 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 하나를 선택하게 하는 로직부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
According to claim 1, wherein the analog-to-digital conversion unit,
Further comprising a logic unit connected to the output terminal of the comparator and the digital-to-analog converter, and configured to cause the digital-to-analog converter to select one of the first reference voltage and the second reference voltage according to the comparison result of the comparator An analog-to-digital conversion device characterized by
제1항에 있어서,
상기 제2 기준 전압은 접지 전압인 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
According to claim 1,
The second reference voltage is an analog-to-digital conversion device, characterized in that the ground voltage.
제1항에 있어서,
상기 영상 신호는 빛을 전기 신호로 변환하는 화소의 초기 전압, 및 외부로부터 입력되는 빛이 상기 화소에 의해 변환되는 신호 전압으로 구성된 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
According to claim 1,
The image signal is an analog-to-digital conversion device, characterized in that the initial voltage of a pixel that converts light into an electrical signal, and a signal voltage that is converted by the light input from the outside by the pixel.
제2항에 있어서, 상기 디지털 아날로그 변환부는,
상기 로직부의 제어에 따라 상기 복수개의 캐패시터들을 상기 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 하나에 선택적으로 연결하는 스위칭 소자들을 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
According to claim 2, wherein the digital-to-analog converter,
and switching elements selectively connecting the plurality of capacitors to one of the first reference voltage and the second reference voltage according to the control of the logic unit.
제5항에 있어서,
상기 영상 신호는 상기 초기 전압 및 상기 신호 전압을 포함하며, 상기 신호 전압은 화소를 통해서 외부로부터 입력되는 광을 변환함으로써 획득되며,
상기 초기 전압이 상기 영상 신호로서 인가될 때 상기 화소의 상기 초기 전압에서 상기 비교기의 상기 오프셋 전압을 감산함으로써 획득된 상기 전압은 상기 복수개의 캐패시터들에 저장되는 아날로그 디지털 변환 장치.
6. The method of claim 5,
The image signal includes the initial voltage and the signal voltage, and the signal voltage is obtained by converting light input from the outside through a pixel,
and the voltage obtained by subtracting the offset voltage of the comparator from the initial voltage of the pixel when the initial voltage is applied as the image signal is stored in the plurality of capacitors.
제6항에 있어서,
상기 영상 신호가 인가될 때, 상기 비교기는 상기 영상 신호에 포함된 상기 초기 전압과 상기 신호 전압을 상기 디지털 아날로그 변환부로부터 인가되는 상기 출력 전압과 순차적으로 비교하고 상기 비교 결과를 출력하는 아날로그 디지털 변환 장치.
7. The method of claim 6,
When the image signal is applied, the comparator sequentially compares the initial voltage and the signal voltage included in the image signal with the output voltage applied from the digital-to-analog converter, and outputs the comparison result. Device.
제1항에 있어서, 첫 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부의 초기화 시에,
상기 초기 전압이 상기 영상 신호로서 인가되고,
상기 디지털 아날로그 변환부에 구비된 캐패시터들은 상기 제1 기준 전압에 연결되며,
상기 피드백부는 상기 초기 전압으로부터 상기 비교기의 상기 오프셋 전압을 감산함으로써 획득된 상기 전압을 전송하기 위해 활성화되는 아날로그 디지털 변환 장치.
The method according to claim 1, wherein at the time of initialization of the digital-to-analog conversion unit before the first analog-to-digital conversion,
the initial voltage is applied as the image signal,
The capacitors provided in the digital-to-analog converter are connected to the first reference voltage,
and the feedback unit is activated to transmit the voltage obtained by subtracting the offset voltage of the comparator from the initial voltage.
제8항에 있어서, 상기 첫 번째 아날로그 디지털 변환 후에,
상기 디지털 아날로그 변환부에 구비된 상기 복수개의 캐패시터들은 상기 비교기의 비교 결과에 따라 상기 제1 기준 전압 혹은 상기 제2 기준 전압에 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
9. The method of claim 8, wherein after the first analog-to-digital conversion,
The plurality of capacitors provided in the digital-to-analog converter are sequentially connected to the first reference voltage or the second reference voltage according to a comparison result of the comparator.
제1항에 있어서, 두 번째 아날로그 디지털 변환 전의 디지털 아날로그 변환부의 초기화 시에,
상기 신호 전압이 상기 영상 신호로서 인가되고,
상기 디지털 아날로그 변환부에 구비된 상기 복수개의 캐패시터들은 상기 제1 기준 전압에 연결되며,
상기 피드백부는 비활성화되는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
The method according to claim 1, wherein at the time of initialization of the digital-to-analog converter before the second analog-to-digital conversion,
the signal voltage is applied as the image signal;
The plurality of capacitors provided in the digital-to-analog converter are connected to the first reference voltage,
The analog-to-digital conversion device, characterized in that the feedback unit is deactivated.
제10항에 있어서, 상기 두 번째 아날로그 디지털 변환 후에,
상기 디지털 아날로그 변환부에 구비된 상기 복수개의 캐패시터들은 상기 비교기의 비교 결과에 따라 제1 기준 전압 혹은 제2 기준 전압에 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10, wherein after the second analog-to-digital conversion,
The plurality of capacitors provided in the digital-to-analog converter are sequentially connected to a first reference voltage or a second reference voltage according to a comparison result of the comparator.
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